本發明涉及核反應(ying)堆(dui)實驗(yan)，具體涉及一種模擬快(kuai)堆(dui)棒束通道內熔融物擴展(zhan)行(xing)為的實驗(yan)裝置(zhi)及方法。

背景技術：

1、快堆(dui)作為(wei)第四代先(xian)進(jin)反(fan)應堆(dui)，以其(qi)固有安全性、核燃料高效增殖、高放廢物嬗變等方面的(de)(de)(de)優勢，在(zai)國(guo)防安全和能源發展領(ling)域(yu)發揮著重(zhong)要作用(yong)，一(yi)直(zhi)是國(guo)際社會的(de)(de)(de)關注熱點(dian)和研究(jiu)熱點(dian)。當前(qian)，各(ge)國(guo)對(dui)于反(fan)應堆(dui)堆(dui)型設計和嚴(yan)重(zhong)事故下的(de)(de)(de)安全性都提出了更高的(de)(de)(de)要求，快堆(dui)嚴(yan)重(zhong)事故問題也成為(wei)國(guo)際研究(jiu)的(de)(de)(de)前(qian)沿。

2、嚴(yan)重(zhong)事故(gu)時，高溫熔(rong)(rong)(rong)融(rong)(rong)(rong)物(wu)在(zai)燃料組(zu)件(jian)內的(de)(de)流動(dong)，會促使不銹(xiu)鋼棒(bang)束逐漸(jian)消(xiao)熔(rong)(rong)(rong)，加快(kuai)自(zi)身(shen)凝固過(guo)(guo)程(cheng)，熔(rong)(rong)(rong)融(rong)(rong)(rong)物(wu)相變(bian)受到傳熱和(he)傳質過(guo)(guo)程(cheng)的(de)(de)共同影響，引起(qi)相變(bian)前沿出現多(duo)(duo)組(zu)分多(duo)(duo)相態的(de)(de)狀態，其(qi)演化機(ji)理復雜(za)多(duo)(duo)變(bian)。堆芯熔(rong)(rong)(rong)融(rong)(rong)(rong)物(wu)在(zai)燃料組(zu)件(jian)內的(de)(de)流動(dong)是(shi)涉及核物(wu)理中子(zi)場(chang)、傳熱溫度場(chang)、傳質濃度場(chang)和(he)流動(dong)速度場(chang)的(de)(de)多(duo)(duo)場(chang)耦(ou)合(he)(he)機(ji)制的(de)(de)復雜(za)問題，這為(wei)嚴(yan)重(zhong)事故(gu)下(xia)燃料組(zu)件(jian)的(de)(de)事故(gu)進程(cheng)分析和(he)安(an)全特性(xing)研(yan)究帶來了很大的(de)(de)不確定(ding)性(xing)。現有(you)實驗研(yan)究更多(duo)(duo)是(shi)通(tong)過(guo)(guo)伍德合(he)(he)金(jin)或黃銅顆粒等物(wu)質模(mo)擬(ni)熔(rong)(rong)(rong)融(rong)(rong)(rong)物(wu)，針對其(qi)平面鋪展或者軸(zhou)向(xiang)傳播(bo)過(guo)(guo)程(cheng)開展，其(qi)實驗裝置主要是(shi)針對單棒(bang)或者熔(rong)(rong)(rong)融(rong)(rong)(rong)物(wu)的(de)(de)一維(wei)擴(kuo)展行為(wei)設計，在(zai)模(mo)化鈉冷快(kuai)堆燃料組(zu)件(jian)的(de)(de)情(qing)況下(xia)，對于非(fei)共晶熔(rong)(rong)(rong)融(rong)(rong)(rong)物(wu)在(zai)三角形(xing)棒(bang)束通(tong)道內三維(wei)擴(kuo)散行為(wei)的(de)(de)研(yan)究較(jiao)少(shao)，熔(rong)(rong)(rong)融(rong)(rong)(rong)物(wu)在(zai)棒(bang)束通(tong)道內的(de)(de)相變(bian)動(dong)態特性(xing)分析較(jiao)為(wei)困難。

技術實現思路

1、本發(fa)明的(de)目的(de)在于提供一(yi)種模擬快(kuai)堆(dui)棒(bang)束(shu)(shu)通道(dao)內熔融(rong)物(wu)擴(kuo)展行(xing)為(wei)的(de)實(shi)驗裝置及方法，有效模擬快(kuai)堆(dui)中(zhong)棒(bang)束(shu)(shu)通道(dao)內熔融(rong)物(wu)的(de)三維擴(kuo)展，彌補現(xian)有技術多集中(zhong)于單(dan)棒(bang)或一(yi)維擴(kuo)散研(yan)究的(de)不足。針(zhen)對鈉冷快(kuai)堆(dui)燃料組件(jian)，特別是(shi)非共(gong)晶熔融(rong)物(wu)在三角棒(bang)束(shu)(shu)通道(dao)內的(de)三維擴(kuo)散行(xing)為(wei)認(ren)知有限，及相變動態難以分析的(de)問題。

2、本發明解決上(shang)述(shu)技術問題的(de)技術方(fang)案如下：

3、一種模擬快堆棒(bang)束(shu)(shu)通道內(nei)熔融(rong)物擴(kuo)展(zhan)行為(wei)的(de)實驗(yan)裝(zhuang)置，其(qi)包括：引導漏斗、棒(bang)束(shu)(shu)組(zu)件以及(ji)階梯式下(xia)底(di)座，引導漏斗與(yu)棒(bang)束(shu)(shu)組(zu)件之(zhi)間設(she)(she)有支撐(cheng)引導漏斗的(de)上管座，上管座的(de)底(di)部設(she)(she)有用于(yu)設(she)(she)置棒(bang)束(shu)(shu)組(zu)件的(de)嵌入式支撐(cheng)片(pian)，階梯式下(xia)底(di)座用于(yu)固定棒(bang)束(shu)(shu)組(zu)件以及(ji)引出(chu)測量裝(zhuang)置尾線。

4、優選的，棒束組(zu)件(jian)與(yu)階(jie)梯式下(xia)底座之間設有組(zu)件(jian)盒(he)，引導漏(lou)斗通(tong)過上管座與(yu)組(zu)件(jian)盒(he)相(xiang)連(lian)接(jie)。

5、優選的(de)，組件盒的(de)橫截面(mian)形狀為正(zheng)六邊形，其通(tong)過(guo)兩個等腰(yao)梯形拼接而(er)成。

6、優選(xuan)的，引導(dao)漏斗(dou)從上到下為橫截面(mian)不斷縮小的正六邊形，其最底部的橫截面(mian)與組件盒(he)的橫截面(mian)大小相等(deng)。

7、優(you)選(xuan)的，棒(bang)束組(zu)件(jian)為(wei)若干棒(bang)束圓(yuan)(yuan)柱(zhu)，每個棒(bang)束圓(yuan)(yuan)柱(zhu)均(jun)包括依次連(lian)接(jie)的實心段和(he)空(kong)心段，若干棒(bang)束圓(yuan)(yuan)柱(zhu)呈三(san)角形均(jun)勻布置在組(zu)件(jian)盒中。

8、優選(xuan)的，棒束組件內(nei)部(bu)裝載用于測(ce)(ce)量實(shi)驗裝置內(nei)部(bu)溫(wen)度(du)的溫(wen)度(du)測(ce)(ce)量裝置。

9、優選的(de)(de)，嵌(qian)入式(shi)支(zhi)撐片包括若(ruo)干個(ge)空心圓柱(zhu)薄片，空心圓柱(zhu)薄片的(de)(de)形(xing)狀與棒束(shu)組件(jian)的(de)(de)形(xing)狀相適配。

10、優選(xuan)的，空心圓柱薄片彼此連接的形狀為(wei)s形結構(gou)，用于減少(shao)對流道(dao)的影響(xiang)。

11、一種模擬快堆棒束通道內熔融(rong)物擴(kuo)展行為的實(shi)(shi)驗(yan)裝置的實(shi)(shi)驗(yan)方法，其包括以(yi)下步驟：

12、s1、在裝置(zhi)中設(she)置(zhi)熔融物模擬物和棒束(shu)組件；

13、s2、通過熱(re)電(dian)偶陣列采集不同徑向子通道內和軸向高度(du)(du)位置處的瞬(shun)時溫度(du)(du)，通過溫度(du)(du)數據計算穿透深度(du)(du)；

14、s3、拆卸(xie)組(zu)件盒和階(jie)梯式(shi)下底(di)座，從棒(bang)束組(zu)件中剝離取出熔(rong)融物凝固塊；觀(guan)察(cha)不(bu)同區域錫棒(bang)不(bu)同高度(du)的熔(rong)化程度(du)，測(ce)量不(bu)同子通道(dao)內熔(rong)融物擴展的最大深度(du)和截面尺寸，將其與計算值(zhi)對比；

15、s4、在熔融(rong)物凝固塊的頭(tou)部(bu)、沿程和尾部(bu)取樣，通過掃描電子顯微鏡和x射線能譜儀測試各組(zu)(zu)分(fen)(fen)的形貌及分(fen)(fen)布；通過元素光譜儀檢測樣品中的元素組(zu)(zu)分(fen)(fen)，獲得熔融(rong)物組(zu)(zu)分(fen)(fen)分(fen)(fen)布狀態(tai)和組(zu)(zu)分(fen)(fen)濃度比(bi)例；

16、s5、調(diao)整初始(shi)條(tiao)件和邊(bian)界條(tiao)件，改變熔(rong)融物(wu)初始(shi)溫度和濃度、屏蔽部分(fen)注入口，定量分(fen)析不同(tong)條(tiao)件對熔(rong)融物(wu)軸向及徑向流動擴(kuo)展(zhan)關鍵(jian)參(can)數的影響規律。

17、優選的，步(bu)驟s1中(zhong)以nano3-kno3二(er)元(yuan)非共晶混合物作為(wei)熔融物模擬物，用錫(xi)棒作為(wei)棒束組件(jian)，步(bu)驟s4中(zhong)檢測的樣(yang)品組分(fen)為(wei)na+、k+和sn

18、本發明(ming)具有以下(xia)有益(yi)效果：

19、本發明基于多種工況(kuang)參數(shu)下(xia)(xia)的熔(rong)融(rong)物軸(zhou)向(xiang)(xiang)和(he)徑向(xiang)(xiang)穿透(tou)深度(du)實驗數(shu)據(ju)繪(hui)制穿透(tou)極限的三維包絡線(xian)，可預測不同條件下(xia)(xia)的熔(rong)融(rong)物擴展區(qu)域(yu)范圍。

20、1.高仿(fang)真度模擬：通過(guo)使用(yong)nano3-kno3二元非共晶混合物作為(wei)(wei)熔融物模擬物，并采(cai)用(yong)實(shi)際(ji)材料(如錫棒(bang))作為(wei)(wei)棒(bang)束組件，該實(shi)驗裝置能夠較為(wei)(wei)真實(shi)地模擬快堆中熔融物的(de)行為(wei)(wei)，提高了實(shi)驗結果的(de)可(ke)靠性和(he)實(shi)用(yong)性。

21、2.精(jing)確(que)測量與分析(xi)：非均勻(yun)熱(re)電偶陣列的(de)使用使得能夠精(jing)確(que)采集不同位(wei)置的(de)瞬時(shi)(shi)(shi)溫度，進而(er)計算穿透深(shen)度，這種實(shi)時(shi)(shi)(shi)監(jian)測方式有(you)助于深(shen)入(ru)了(le)(le)解(jie)熔融物流(liu)動和熱(re)傳遞機制。同時(shi)(shi)(shi)，通(tong)過拆卸實(shi)驗組件直接(jie)觀察錫棒的(de)熔化情(qing)況并測量熔融物擴展的(de)尺寸，結合(he)計算值進行對比，提高(gao)了(le)(le)實(shi)驗數據的(de)準(zhun)確(que)性。

22、3.微(wei)(wei)觀(guan)結構(gou)與成(cheng)分(fen)(fen)分(fen)(fen)析：通過掃描電子(zi)顯(xian)微(wei)(wei)鏡(sem)和x射線能譜儀(yi)(eds)對熔融物凝固塊的(de)(de)形貌及(ji)(ji)成(cheng)分(fen)(fen)分(fen)(fen)布(bu)進行分(fen)(fen)析，以(yi)及(ji)(ji)元(yuan)素光譜儀(yi)檢測na+、k+和sn的(de)(de)濃(nong)度比(bi)例，不僅(jin)提(ti)供了熔融物微(wei)(wei)觀(guan)結構(gou)的(de)(de)信息(xi)，還揭示了組分(fen)(fen)在空(kong)間(非一維(wei)，而是三(san)維(wei)擴展效(xiao)果)上的(de)(de)分(fen)(fen)布(bu)狀態，對于(yu)理解熔融物的(de)(de)物理化(hua)學(xue)性(xing)質及(ji)(ji)其(qi)對材料侵(qin)蝕的(de)(de)影響至關(guan)重要。

23、4.條件(jian)可控性與(yu)參數優(you)化：實(shi)驗(yan)方法中允許調整(zheng)初(chu)(chu)始條件(jian)和邊界條件(jian)，比如改變(bian)熔融(rong)物的初(chu)(chu)始溫(wen)度(du)、濃度(du)以及流道幾何(he)結構，為(wei)研究(jiu)不(bu)同(tong)條件(jian)下熔融(rong)物流動和擴展的關鍵參數影(ying)響(xiang)規律(lv)提供了可能，有助于(yu)優(you)化反應堆安全設計和事故應對策(ce)略。

24、5.理(li)論與(yu)實踐結合：通過實驗數據與(yu)理(li)論計算值(zhi)的(de)(de)對(dui)比，不僅(jin)可以驗證和優化理(li)論模型，還能(neng)發現新的(de)(de)物理(li)現象，加深對(dui)快(kuai)堆(dui)安全(quan)分析的(de)(de)理(li)解，為核電站的(de)(de)設(she)計、運營和應急(ji)處理(li)提供科學(xue)依據。

1.一種模(mo)擬(ni)快堆棒束通道內熔(rong)融(rong)物擴(kuo)展行為(wei)的(de)實驗裝置，其特征(zheng)在于(yu)，包括：引導(dao)漏(lou)(lou)斗(dou)(dou)(1)、棒束組(zu)件(jian)(jian)(4)以及階梯式(shi)下底(di)座(zuo)(6)，所(suo)(suo)述(shu)(shu)引導(dao)漏(lou)(lou)斗(dou)(dou)(1)與所(suo)(suo)述(shu)(shu)棒束組(zu)件(jian)(jian)(4)之間設(she)有支撐所(suo)(suo)述(shu)(shu)引導(dao)漏(lou)(lou)斗(dou)(dou)(1)的(de)上(shang)管(guan)座(zuo)(2)，所(suo)(suo)述(shu)(shu)上(shang)管(guan)座(zuo)(2)的(de)底(di)部(bu)設(she)有用(yong)于(yu)設(she)置所(suo)(suo)述(shu)(shu)棒束組(zu)件(jian)(jian)(4)的(de)嵌入式(shi)支撐片(3)，所(suo)(suo)述(shu)(shu)階梯式(shi)下底(di)座(zuo)(6)用(yong)于(yu)固定所(suo)(suo)述(shu)(shu)棒束組(zu)件(jian)(jian)(4)以及引出測(ce)量裝置尾(wei)線。

2.根(gen)據權利要求1所(suo)述(shu)的(de)模擬(ni)快堆棒束(shu)通(tong)道(dao)內熔融物擴展(zhan)行(xing)為的(de)實(shi)驗裝置，其特征(zheng)在于，所(suo)述(shu)棒束(shu)組件(jian)(4)與所(suo)述(shu)階(jie)梯式下底座(6)之間設有組件(jian)盒(he)(5)，所(suo)述(shu)引(yin)導漏斗(dou)(1)通(tong)過(guo)所(suo)述(shu)上管座(2)與所(suo)述(shu)組件(jian)盒(he)(5)相連接(jie)。

3.根(gen)據權利要求2所述的(de)模擬(ni)快堆棒束通(tong)道內熔融物(wu)擴展行(xing)為(wei)的(de)實驗裝置(zhi)，其(qi)特(te)征在于，所述組件盒(5)的(de)橫截(jie)面(mian)形狀為(wei)正六邊形，其(qi)通(tong)過兩(liang)個等(deng)腰梯形拼接(jie)而(er)成。

4.根據(ju)權(quan)利要求(qiu)3所述(shu)的(de)模擬快堆棒束通道內熔(rong)融物擴展行為的(de)實驗裝置，其(qi)特征在于，所述(shu)引導漏(lou)斗(dou)(1)從上到下為橫(heng)截面(mian)不(bu)斷縮小(xiao)的(de)正六邊形，其(qi)最底部的(de)橫(heng)截面(mian)與(yu)所述(shu)組件(jian)盒(5)的(de)橫(heng)截面(mian)大(da)小(xiao)相(xiang)等。

5.根(gen)據權利要求4所述(shu)的(de)(de)模擬快堆棒束(shu)(shu)通道內(nei)熔融物擴展行為的(de)(de)實驗裝置，其特征在于，所述(shu)棒束(shu)(shu)組(zu)件(4)為若干棒束(shu)(shu)圓柱(zhu)，每個(ge)所述(shu)棒束(shu)(shu)圓柱(zhu)均(jun)包括依次連接的(de)(de)實心段和空心段，若干所述(shu)棒束(shu)(shu)圓柱(zhu)呈三(san)角形均(jun)勻布置在所述(shu)組(zu)件盒(5)中。

6.根據權利(li)要求5所述的模擬快堆棒(bang)束(shu)通道內熔融物擴(kuo)展(zhan)行為(wei)的實驗(yan)裝置，其(qi)特征在于(yu)，所述棒(bang)束(shu)組件(4)內部裝載(zai)用于(yu)測量實驗(yan)裝置內部溫度(du)的溫度(du)測量裝置。

7.根據權利要求1所(suo)(suo)述的(de)模擬快堆棒束(shu)通道(dao)內熔融物擴展行為的(de)實(shi)驗(yan)裝置，其特(te)征在于，所(suo)(suo)述嵌入式(shi)支撐片(3)包括若干個空心(xin)圓柱薄片，所(suo)(suo)述空心(xin)圓柱薄片的(de)形狀與所(suo)(suo)述棒束(shu)組件(4)的(de)形狀相(xiang)適配。

8.根(gen)據權(quan)利(li)要(yao)求7所述的(de)模擬快(kuai)堆棒束通道內熔融物擴展行為的(de)實驗裝置，其特征在(zai)于，所述空心圓柱薄片彼(bi)此連接的(de)形狀為s形結(jie)構，用于減(jian)少對(dui)流道的(de)影響。

9.一種根據(ju)權(quan)利要求1至8任一項所述的(de)模擬快(kuai)堆棒束通道內熔融物擴展(zhan)行為的(de)實(shi)驗裝(zhuang)置的(de)實(shi)驗方法，其特征在于，包(bao)括(kuo)以下步(bu)驟：

10.根據權利要(yao)求9所述的模(mo)擬快堆棒(bang)束通道內熔融物(wu)擴(kuo)展行為(wei)的實(shi)驗方(fang)法，其特征在于，步(bu)(bu)驟s1中熔融物(wu)模(mo)擬物(wu)為(wei)nano3-kno3二元非(fei)共晶混合物(wu)，棒(bang)束組件(4)為(wei)錫棒(bang)，步(bu)(bu)驟s4中檢測的元素組分為(wei)na+、k+和sn。